I batteri intestinali influenzano la salute del cervello

 

I risultati di un nuovo studio sui topi suggeriscono un nuovo approccio al trattamento dell’Alzheimer e di altre malattie neurodegenerative.

 

 

Un crescente numero di prove indica che le decine di trilioni di microbi che normalmente vivono nel nostro intestino – il cosiddetto microbiota intestinale – hanno effetti di vasta portata su come funzionano i nostri corpi.

I membri di questa comunità microbica producono vitamine, ci aiutano a digerire il cibo, prevenire la crescita eccessiva di batteri nocivi e regolare il sistema immunitario, tra gli altri benefici.

Ora, un nuovo studio suggerisce che il microbioma intestinale svolge anche un ruolo chiave nella salute del nostro cervello, secondo i ricercatori della Washington University School of Medicine di St. Louis.

Lo studio, sui topi, ha scoperto che i batteri intestinali – in parte producendo composti come gli acidi grassi a catena corta – influenzano il comportamento delle cellule immunitarie in tutto il corpo, comprese quelle nel cervello che possono danneggiare il tessuto cerebrale ed esacerbare la neurodegenerazione in condizioni come il morbo di Alzheimer.

I risultati, pubblicati il 13 gennaio sulla rivista Science, aprono la possibilità di rimodellare il microbioma intestinale come un modo per prevenire o curare la neurodegenerazione.

“Abbiamo somministrato antibiotici ai topi giovani per una settimana e abbiamo visto un cambiamento permanente nei loro microbiomi intestinali, nelle loro risposte immunitarie e nella quantità di neurodegenerazione correlata a una proteina chiamata tau che hanno sperimentato con l’età”, ha detto l’autore senior David M. Holtzman, Barbara Burton e Reuben M. Morriss III Distinguished Professor of Neurology.

“La cosa eccitante è che manipolare il microbioma intestinale potrebbe essere un modo per avere un effetto sul cervello senza mettere nulla direttamente nel cervello”.

Si stanno accumulando prove che i microbiomi intestinali nelle persone con malattia di Alzheimer possono differire da quelli delle persone sane.

Ma non è chiaro se queste differenze siano la causa o il risultato della malattia – o entrambi – e quale effetto alterare il microbioma potrebbe avere sul decorso della malattia.

Per determinare se il microbioma intestinale possa svolgere un ruolo causale, i ricercatori hanno alterato i microbiomi intestinali dei topi predisposti a sviluppare danni cerebrali simili all’Alzheimer e deterioramento cognitivo.

I topi sono stati geneticamente modificati per esprimere una forma mutante della proteina tau del cervello umano, che si accumula e provoca danni ai neuroni e atrofia del cervello entro i 9 mesi di età.

Hanno anche portato una variante del gene umano APOE, un importante fattore di rischio genetico per l’Alzheimer. Le persone con una copia della variante APOE4 hanno da tre a quattro volte più probabilità di sviluppare la malattia rispetto alle persone con la variante APOE3più comune.

Insieme a Holtzman, il team di ricerca comprendeva l’esperto di microbioma intestinale e co-autore Jeffrey I. Gordon, il Dr. Robert J. Glaser Distinguished University Professor e direttore dell’Edison Family Center for Genome Sciences & Systems Biology; primo autore Dong-Oh Seo, istruttore di neurologia; e il co-autore Sangram S. Sisodia, PhD, professore di neurobiologia presso l’Università di Chicago.

Quando tali topi geneticamente modificati sono stati allevati in condizioni sterili dalla nascita, non hanno acquisito microbiomi intestinali e il loro cervello ha mostrato molti meno danni a 40 settimane di età rispetto al cervello dei topi che ospitano normali microbiomi di topo.

Quando tali topi sono stati allevati in condizioni normali e non sterili, hanno sviluppato microbiomi normali. Un ciclo di antibiotici a 2 settimane di età, tuttavia, ha cambiato in modo permanente la composizione dei batteri nei loro microbiomi.

Per i topi maschi, ha anche ridotto la quantità di danno cerebrale evidente a 40 settimane di età.

Gli effetti protettivi dei cambiamenti del microbioma erano più pronunciati nei topi maschi portatori della variante APOE3 rispetto a quelli con la variante APOE4 ad alto rischio, probabilmente perché gli effetti deleteri di APOE4 hanno annullato parte della protezione, hanno detto i ricercatori.

Il trattamento antibiotico non ha avuto alcun effetto significativo sulla neurodegenerazione nei topi femmina.

“Sappiamo già, da studi sui tumori cerebrali, sul normale sviluppo del cervello e argomenti correlati, che le cellule immunitarie nel cervello maschile e femminile rispondono in modo molto diverso agli stimoli”, ha detto Holtzman.

“Quindi non è sorprendente che quando abbiamo manipolato il microbioma abbiamo visto una differenza di sesso in risposta, anche se è difficile dire cosa significhi esattamente per uomini e donne che vivono con l’Alzheimer e disturbi correlati”.

Ulteriori esperimenti hanno collegato tre specifici acidi grassi a catena corta – composti prodotti da alcuni tipi di batteri intestinali come prodotti del loro metabolismo – alla neurodegenerazione.

Tutti e tre questi acidi grassi erano scarsi nei topi con microbiomi intestinali alterati dal trattamento antibiotico e non rilevabili nei topi senza microbiomi intestinali.

Questi acidi grassi a catena corta sembravano innescare la neurodegenerazione attivando le cellule immunitarie nel sangue, che a loro volta in qualche modo attivavano le cellule immunitarie nel cervello per danneggiare il tessuto cerebrale.

Quando topi di mezza età senza microbiomi sono stati alimentati con i tre acidi grassi a catena corta, le loro cellule immunitarie cerebrali sono diventate più reattive e il loro cervello ha mostrato più segni di danni legati alla tau.

“Questo studio può offrire importanti informazioni su come il microbioma influenza la neurodegenerazione tau-mediata e suggerisce che le terapie che alterano i microbi intestinali possono influenzare l’insorgenza o la progressione dei disturbi neurodegenerativi”, ha detto Linda McGavern,  direttore del programma presso il National Institute of Neurological Disorders and Stroke (NINDS), che ha fornito alcuni dei finanziamenti per lo studio.

I risultati suggeriscono un nuovo approccio alla prevenzione e al trattamento delle malattie neurodegenerative modificando il microbioma intestinale con antibiotici, probiotici, diete specializzate o altri mezzi.

“Quello che voglio sapere è, prendendo topi geneticamente destinati a sviluppare malattie neurodegenerative e manipolando il microbioma poco prima che gli animali iniziassero a mostrare segni di danno, si potrebbe rallentare o prevenire la neurodegenerazione?” chiede Holtzman.

“Sarebbe l’equivalente di iniziare il trattamento in una persona nella tarda mezza età che è ancora cognitivamente normale ma sul punto di sviluppare menomazioni. Se potessimo iniziare un trattamento in questi tipi di modelli animali adulti geneticamente sensibilizzati prima che la neurodegenerazione diventi evidente e dimostrare che funziona, questo potrebbe essere il tipo di cosa che potremmo testare nelle persone”.